虛擬MIMO

虛擬 MIMO 技術可以看成是在MIMO 技術的基礎上對其的擴展，但是它們兩者之間也存在許多的不同點。在MIMO 技術中，發送天線和接收天線都屬於同一終端，而在虛擬 MIMO 技術中，各個天線單元之間是相互獨立的且它們隸屬於不同的終端，空間相鄰的若干個無線終端通過聚簇分別 形成發送天線陣列(或稱為發送 VAA 小區)、接力天線陣列（或稱為接力 VAA 小區）、接收天線陣列（或稱為目的 VAA 小區）。當進行信息傳輸時，發送 VAA 小區會根據實際需要，選擇若干個接力 VAA 小區參與信息的協作接力傳輸，而參與接力的 VAA 小區根據實際需要選擇下一級的 VAA 小區參與信息的接力，數據被一步一步接力傳輸下去，直到目的 VAA 小區接收到為止。

如果根據實現過程來對虛擬 MIMO 系統進行分類，可以分為以下兩種：

（1）有協作通信方式的虛擬 MIMO 技術：指用戶之間相互共享各自的數據，相互協作傳輸數據，提高通信質量。當某一個用戶需要與基站通信，它首先會在相鄰的用戶中挑選一些用戶出來，以協助自己通信，接著它會將待傳輸的數據廣播給這些用戶，保證參與協作的用戶均含有發送數據的副本，然後它們會在同一時隙、同一頻段向基站發送數據。這種通信方式主要實現的是 MIMO 技術的分集功能。

（2）無協作通信方式的虛擬 MIMO 技術：指用戶之間不能相互共享各自的數據，各自獨立地向基站發送數據，是在現實無線通信系統應用中的更為常見的一種方式。當需要進行通信時，基站會依據通道的狀況選擇若干個用戶進行配對，然後這些用戶會在同一時隙、同一頻段向基站發送數據，基站採用多天線進行接收，並利用先進的接收機和特定技術區分這些信號分別來自哪個用戶。這種通信方式主要實現的是 MIMO 技術的復用功能。

據虛擬 MIMO 系統的網路結構來對其進行分類是一種更為常見的分法，依照這種方法，虛擬 MIMO 系統被分為以下兩大類：

（1）以基站為核心的網路（Infrastructure Networks）。在這種虛擬 MIMO 系統中，主要是以基站為核心，移動終端設備之間通過相互合作，形成比較固定的小區劃分。

（2）無線自組織網路（Ad hoc）的虛擬 MIMO 系統。在這種虛擬 MIMO 系統中，沒有基站，VAA 小區的拓撲是動態的，它們的劃分並不以基站為中心，需要移動終端自組織形成各個 VAA 小區，或者由人工地進行 VAA 小區的劃分。在第一個系統中，以基站為核心，小區劃分也比較固定。圖 1 給出了以基站為核心的虛擬 MIMO 通信系統示意圖，空間相鄰的若干個移動終端設備聚簇形成一個個 VAA 小區，小區內的終端除了接收到基站發送給自己的信號外，還接收到從小區內其他無線終端發送來的信號，各個終端之間通過這種方式實現信息的共享。

圖 2 給出了無基站的虛擬 MIMO 通信系統。在這種通信系統中，各個VAA 小區均由若干個移動終端設備組成，前後相鄰的接力 VAA 小區組成了多級分散式的 MIMO 系統。當進行信號傳輸時，源終端會將待發送信息共享給它所處的 VAA 小區內其他無線終端，保證 VAA 小區內的其他終端都會含有所發數據的副本。然後，源 VAA 小區內的所有無線終端聯合起來通過分散式 MIMO 將數據發送給下一個接力 VAA 小區，接力 VAA 小區進行類似的行為，一直將信息傳遞下去，直到目的終端接收到源終端發送的信號為止，此類虛擬 MIMO 通信系統是本文研究的重點。

由上文可知，虛擬 MIMO 的優勢在於，突破了傳統 MIMO 技術“天線集中、處理集中”的模式。虛擬 MIMO 技術利用若干個單天線終端組成的虛擬天線陣列VAA，相鄰的 VAA 之間相互接力傳輸信息，這就避免了在 MIMO 技術中需要在發送端和接收端需要配置足夠多的天線，且這些天線單元間距要足夠大所帶來的一系列問題，能夠很好地利用分集增益和復用增益來提高系統的容量，改善系統的性能。但是虛擬 MIMO 技術在真正能夠應用到實際的無線通信系統中去，還有許多問題亟待解決。

首先，現有關於虛擬 MIMO 系統的研究和討論，都是假定在進行信息傳輸之前，虛擬天線陣列均已經形成。至於如何在空間分佈的終端中選擇出合適的終端參與協作，聚簇過程又是根據什麼協議形成的，到2011年還尚未有文獻對此進行深一層的討論。

其次，到2011年為止關於虛擬 MIMO 技術中調製和編碼方式，多數都僅僅是考慮空時編碼或者 CDMA方式，而要運用這些編碼方式都必須在滿足 MIMO 階數已知的前提下，顯然，在現實中這一條件很難成立。

再次，現有文獻討論利用虛擬 MIMO 系統傳輸信息時，由聚簇形成虛擬天線陣列 VAA 均是穩定的，所有的終端之間的空間相對位置是不變的，而且它們之間不會相互干擾，也不受外界環境等因素的影響，這在現實中是不可能的。

最後，現有的文獻大多數都是針對基於空時分組碼 STBC 或者 CDMA 網路的虛擬 MIMO 系統進行研究，且大多數文獻都簡單地聲稱虛擬 MIMO 系統中的技術能夠運用到其他系統。然而，通過前文的分析可知，虛擬MIMO 技術雖然可以看做是傳統的 MIMO 技術的延伸，但是，除了模擬型轉發機制相似之外，虛擬MIMO 技術和傳統的 MIMO 技術之間有著很大的區別，因此，並不能簡單地推廣到其他系統中去。